第4章 實(shí)體零件設(shè)計(jì)

1、第4章 實(shí)體零件設(shè)計(jì),上一章講解了零件設(shè)計(jì)的草圖繪制方法，本章將結(jié)合實(shí)例講解實(shí)體零件設(shè)計(jì)方法，主要是通過(guò)草圖幾何輪廓線進(jìn)過(guò)拉伸、旋轉(zhuǎn)、鉆孔、掃描以及放樣等工具生成實(shí)體模型。最后介紹布爾運(yùn)算生成實(shí)體零件的方法。本章中將涉及到曲面、曲線等后續(xù)課程中內(nèi)容，讀者不必追究，等到學(xué)習(xí)完后續(xù)課程就會(huì)明白，這里重點(diǎn)以輪廓線草圖為主要學(xué)習(xí)對(duì)象。,4.1 零件設(shè)計(jì)模塊介紹,通過(guò)上一章的學(xué)習(xí)，掌握了在草圖平臺(tái)下創(chuàng)建輪廓線的方法，本章將詳細(xì)講解實(shí)體零件設(shè)計(jì)工具的使用方法和作用，并實(shí)例的形式進(jìn)一步講解各工具如何利用已有的二維輪廓線生成三維實(shí)體。掌握每個(gè)工具的使用方法和作用是實(shí)體零件設(shè)計(jì)的基本技能，復(fù)雜的零件都是由簡(jiǎn)單的

2、實(shí)體零件組合而成，不是使用一個(gè)命令就能生成。這里建議大家在設(shè)計(jì)復(fù)雜的零件時(shí)，盡量使用簡(jiǎn)單的工具命令。,4.1.1 進(jìn)入零件設(shè)計(jì)模塊,選擇【開(kāi)始】（Start）|【機(jī)械設(shè)計(jì)】（Mechinical Design）|【零件設(shè)計(jì)】（Part Design）命令，在彈出的新建零部件對(duì)話框內(nèi)輸入零部件名稱，按確定按鈕，就可以進(jìn)入零件設(shè)計(jì)平臺(tái)。 在零件設(shè)計(jì)的過(guò)程中，經(jīng)常要在草圖工作臺(tái)和零件設(shè)計(jì)平臺(tái)之間切換，在草圖工作臺(tái)繪制好二維輪廓，然后切換到零件設(shè)計(jì)平臺(tái)，利用二維輪廓生成三維實(shí)體。在以后的小節(jié)中將講解草圖工作臺(tái)與零件設(shè)計(jì)平臺(tái)之間如何人切換。,4.1.2 主要工具欄,零件設(shè)計(jì)主要是通過(guò)拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描等方

3、式生成簡(jiǎn)單的實(shí)體零件，簡(jiǎn)單實(shí)體零件按照幾何關(guān)系進(jìn)行組合形成復(fù)雜的實(shí)體零件。零件設(shè)計(jì)過(guò)程中主要用到5個(gè)工具欄： 【基于草圖特征】（Sketch Based Features）工具欄，提供了10種生成零件的方法，該工具欄有3個(gè)展開(kāi)工具欄。 【修飾特征】（Dress Up Features）工具欄，提供多種修飾零件的功能，將在本章介紹。 【變換特征】（Transformation Features）工具欄，如圖4.5所示，提供了一些變換方法，通過(guò)利用它們很方便地生成零件特征或修改特征。 【參考元素】（Reference Element）工具欄，用來(lái)生成點(diǎn)、線和面作為生成零件的參考。 【布爾操作】（B

4、oolean Operation）工具欄，可以用來(lái)對(duì)一個(gè)零件文件的多個(gè)組件進(jìn)行布爾運(yùn)算。,4.2 創(chuàng)建基于草圖的零件特征,【基于草圖特征】（Sketch Based Features）工具欄是零件設(shè)計(jì)平臺(tái)的核心模塊，是生成三維實(shí)體零件的最基礎(chǔ)最常用的工具。通過(guò)在草圖模塊繪制的圖形，經(jīng)過(guò)拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描等零件設(shè)計(jì)工具的操作生成三維實(shí)體零件。下面詳細(xì)介紹各工具的使用方法和作用。,4.2.1 創(chuàng)建拉伸凸臺(tái),【拉伸凸臺(tái)】工具，是通過(guò)在草繪中繪制的輪廓線以多種方式拉伸成三維實(shí)體。單擊該工具按鈕右下黑色三角，展開(kāi)凸臺(tái)工具欄，如圖所示，該工具欄包括凸臺(tái)、拔模圓角凸臺(tái)和多凸臺(tái)3個(gè)工具，下面詳細(xì)介紹各工具。 1

5、凸臺(tái)（Part） 2拔模圓角凸臺(tái) 3多凸臺(tái),4.2.2 創(chuàng)建拉伸凹槽,拉伸凹槽是通過(guò)在草繪中繪制的封閉輪廓線以多種方式拉伸成三維實(shí)體。單擊【基于草圖特征】工具欄上的【凹槽】工具按鈕黑色三角，展開(kāi)凹槽工具欄，該工具欄包括凹槽、拔模圓角凹槽和多凹槽3個(gè)工具，凹槽工具欄中工具與凸臺(tái)工具欄中工具的使用方法基本相同，這里只舉例介紹各工具的操作步驟。 1凹槽 2拔模圓角凹槽 3多凹槽,4.2.3 創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)實(shí)體,【旋轉(zhuǎn)體】工具，是使用開(kāi)放輪廓?jiǎng)?chuàng)建旋轉(zhuǎn)體的工具。單擊該工具按鈕，系統(tǒng)彈出旋轉(zhuǎn)體定義對(duì)話框，如圖所示下面介紹各選項(xiàng)的用途與使用方法：,4.2.4 創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)凹槽,【旋轉(zhuǎn)槽】工具，是通過(guò)旋轉(zhuǎn)輪廓從現(xiàn)有特征

6、中移除材料的繪圖工具。旋轉(zhuǎn)槽工具使用方法與旋轉(zhuǎn)體相同，這里就不在累贅，只舉例介紹【旋轉(zhuǎn)槽】工具的操作步驟。 下面以在一個(gè)銷子上開(kāi)一個(gè)卡槽為例，介紹【旋轉(zhuǎn)槽】工具的操作步驟，具體操作步驟如下所示： （1）通過(guò)拉伸或者旋轉(zhuǎn)創(chuàng)建一個(gè)30100的銷子； （2）單擊【旋轉(zhuǎn)槽】工具按鈕，在彈出的旋轉(zhuǎn)槽定義對(duì)話框中單擊草圖按鈕，選擇軸線所在的平面，進(jìn)入草圖繪制平臺(tái)； （3）繪制所要開(kāi)槽的輪廓線，退出草圖，選擇銷子軸線為旋轉(zhuǎn)軸： （4）單擊“確定”按鈕，旋轉(zhuǎn)槽創(chuàng)建完成，效果。,4.2.5 創(chuàng)建孔特征,【孔】工具，是從幾何體中去除材料創(chuàng)建孔的工具。單擊該工具按鈕，選擇定位孔的點(diǎn)或線，然后選擇創(chuàng)建孔的面，系統(tǒng)彈出

7、孔定義對(duì)話框，該對(duì)話框包括三個(gè)選項(xiàng)卡，下面詳細(xì)介紹各選項(xiàng)卡的用法。 1延伸 2類型 3螺紋定義,4.2.6 創(chuàng)建掃描肋,【肋】工具，是沿中心曲線掃掠輪廓?jiǎng)?chuàng)建實(shí)體零件的繪圖工具。單擊該工具按鈕，系統(tǒng)彈出肋定義對(duì)話框，如圖所示，對(duì)話框中內(nèi)容如下所述：,4.2.7 創(chuàng)建掃描凹槽,【開(kāi)槽】工具，是通過(guò)沿中心曲線掃描輪廓去除實(shí)體零件材料的工具。該工具與【肋】工具使用方法相同。下面以在一個(gè)長(zhǎng)方體掃描一個(gè)梅花孔為例，介紹【開(kāi)槽】工具的使用方法，具體操作步驟如下所示： （1）單擊草圖工具按鈕，選擇長(zhǎng)方體一個(gè)側(cè)面，經(jīng)入草圖繪制平臺(tái)，繪制輪廓線； （2）單擊草圖工具按鈕，選擇長(zhǎng)方體一個(gè)表面，經(jīng)入草圖繪制平臺(tái)，繪制

8、中心曲線； （3）單擊【開(kāi)槽】工具按鈕，彈出開(kāi)槽對(duì)話框； （4）分別單擊中心曲線和輪廓線，選擇剛才繪制的中心曲線和輪廓線； （5）在輪廓控制下拉列表框中選擇保持角度； （6）單擊“確定”按鈕，開(kāi)槽創(chuàng)建完成。,4.2.8 創(chuàng)建實(shí)體混合,單擊【基于草圖特征】工具欄上的【實(shí)體混合】工具按鈕右下方的黑色三角，展開(kāi)高級(jí)拉伸特征工具欄，該工具欄包括實(shí)體混合和加強(qiáng)肋兩個(gè)工具。 1實(shí)體混合 2加強(qiáng)肋,4.2.9 創(chuàng)建多截面實(shí)體,【多截面實(shí)體】工具，是通過(guò)沿計(jì)算所得或用戶定義的脊線掃掠一個(gè)或多個(gè)截面曲線創(chuàng)建實(shí)體的工具。創(chuàng)建的特征可以遵循一條或多條引導(dǎo)曲線。單擊該工具按鈕，系統(tǒng)彈出多截面實(shí)體定義對(duì)話框，如圖所示，

9、對(duì)話框內(nèi)容如下所示：,4.2.10 創(chuàng)建移除的多截面實(shí)體,【已移除的多截面實(shí)體】工具，是通過(guò)沿計(jì)算所得的或用戶定義的脊線掃掠一個(gè)或多個(gè)平面截面曲線生成放樣材料實(shí)體，然后再移除該材料的工具。該工具的使用方法與多截面實(shí)體完全相同。,4.3 零件特征修飾,零件特征修飾是在不改變零件基本輪廓下進(jìn)行的修飾，修飾特征工具欄也是零件設(shè)計(jì)平臺(tái)的主要工具欄之一。該工具欄包括多種對(duì)已生成三維實(shí)體進(jìn)行修飾的工具，可以對(duì)特征進(jìn)行倒圓角、倒角、拔模、抽殼、加厚和添加螺紋等操作。下面詳細(xì)介紹這些工具的用法。,4.3.1 倒圓角,通過(guò)倒圓角工具可以對(duì)已有實(shí)體進(jìn)行各種倒圓角操作。單擊【倒圓角】工具黑色三角，展開(kāi)圓角工具欄，如

10、圖4.83所示，該工具欄包括倒圓角、可變半徑圓角、可變弦長(zhǎng)圓角、面與面圓角和三切線內(nèi)圓角5種倒圓角工具。下面詳細(xì)介紹各倒圓角工具的使用方法。 1倒圓角（Edge Fillet） 2可變半徑圓角（Variable Radius Fillet） 3可變弦長(zhǎng)圓角（Chordal Fillet） 4面與面圓角（Face-Face Fillet） 5三切線內(nèi)圓角（Tritangent Fillet）,4.3.2 倒角,【倒角】工具，是在選定邊線上移除或添加平截面，即在兩個(gè)原始面之間創(chuàng)建斜曲面的工具。單擊該工具欄，系統(tǒng)彈出倒角定義對(duì)話框，如圖4.101所示，對(duì)話框的內(nèi)容如下所述。 模式：長(zhǎng)度1（Lengt

11、h1）/角度表示通過(guò)長(zhǎng)度和角度創(chuàng)建倒角；長(zhǎng)度1（Length1）/長(zhǎng)度2（Length2）表示通過(guò)兩邊長(zhǎng)常見(jiàn)倒角； 長(zhǎng)度：倒角邊長(zhǎng)； 角度：倒角邊之間的夾角； 要倒角的對(duì)象：倒角的對(duì)象，可以是邊，也可以是面； 擴(kuò)展：相切 ：倒角整個(gè)選定邊線及其相切邊線，它將繼續(xù)在選定邊線之外進(jìn)行倒角化，直到遇到相切不連續(xù)的邊線為止；最?。嚎紤]與選定邊線相切的邊線，在無(wú)法執(zhí)行其它操作時(shí)，應(yīng)用程序?qū)⒗^續(xù)在選定邊線之外進(jìn)行倒角。 反轉(zhuǎn)：改變倒角的方向，用于非對(duì)稱性倒角，如1030、1020為非對(duì)稱倒角。,4.3.3 拔模,拔模是方便鍛鑄件從模具中移出的特征。單擊【修飾特征】工具欄上的【拔模】工具黑色三角，展開(kāi)拔模工

12、具欄，如圖所示，該工具欄包括拔模斜度、拔模反射線、可變角度拔模三個(gè)工具。下面分別介紹各工具的使用方法。 1創(chuàng)建拔模角度 2創(chuàng)建反射線拔模 3創(chuàng)建可變角度拔模,4.3.4 抽殼,【盒體】工具，是使實(shí)心零件生成一定壁厚的實(shí)體零件的工具。,4.3.5 加厚,【加厚】工具，是加工零部件前需要增大厚度或移除厚度的工具。 下面以如圖所示圖形為例，對(duì)前面加厚5mm，講解【加厚】工具的使用方法，具體操作步驟如下所示： （1）單擊【修飾特征】工具欄上的【加厚】工具按鈕，系統(tǒng)彈出加厚定義對(duì)話框，如圖4.122所示； （2）在默認(rèn)厚度微調(diào)框鍵入10mm； （3）單擊默認(rèn)厚度面文本框，選擇前面為加厚面； （4）其它選

13、項(xiàng)為默認(rèn)值，單擊“確定”按鈕，加厚創(chuàng)建完成，效果如圖4.123所示。,4.3.6 添加螺紋,【內(nèi)螺紋/外螺紋】工具，是對(duì)已有孔或圓柱進(jìn)行螺紋化的工具。單擊該工具按鈕，系統(tǒng)彈出螺紋、絲錐定義對(duì)話框，如圖所示，對(duì)話框中各選項(xiàng)用法與孔定義對(duì)話框中螺紋定義選項(xiàng)卡選項(xiàng)相同，這里不再累贅。,4.3.7 移除/替換面,單擊【移除面】工具黑色三角，展開(kāi)移除/替換面工具欄，如圖所示，該工具欄包括移除面和替換面兩個(gè)工具，下面詳細(xì)介紹各工具的用法。 1移除面 2替換面,4.4 創(chuàng)建參考元素,參考元素工具欄是實(shí)體零件設(shè)計(jì)平臺(tái)中非常重要的輔助工具模塊。雖然不能直接生成實(shí)體零件，但是在零件設(shè)計(jì)過(guò)程中經(jīng)常需要使用參考元素幫

14、助零件的生成。該工具欄包括點(diǎn)工具、線工具和面工具。,4.4.1 創(chuàng)建參考點(diǎn),【點(diǎn)】工具是創(chuàng)建參考點(diǎn)的工具，參考點(diǎn)可以通過(guò)以下方法創(chuàng)建：坐標(biāo)、在曲線上、在平面上、在曲面上、圓或球面中心、曲線上切點(diǎn)和兩點(diǎn)間。單擊【參考元素】工具欄上的【點(diǎn)】工具按鈕，系統(tǒng)彈出點(diǎn)定義對(duì)話框，在點(diǎn)類型下拉列表框中，可以選擇各種點(diǎn)的創(chuàng)建方法，還可以使用新鎖定按鈕 防止在選擇幾何圖形時(shí)自動(dòng)更改類型。只需單擊此按鈕，鎖就變?yōu)榧t色 ，下面介紹各種生成點(diǎn)的方法。 1通過(guò)坐標(biāo)創(chuàng)建點(diǎn) 2創(chuàng)建曲線上的點(diǎn) 3創(chuàng)建平面上的點(diǎn) 4創(chuàng)建曲面上的點(diǎn) 5圓/球面中心點(diǎn) 6曲線上的切線 7點(diǎn)之間,4.4.2 創(chuàng)建參考線,【直線】工具是用于創(chuàng)建參考線

15、的工具，單擊該工具按鈕，系統(tǒng)彈出直線定義對(duì)話框，在線型下拉列表框中提供了點(diǎn)點(diǎn)、點(diǎn)方向、曲線的角度/法線、曲線的切線、曲線的法線和角平分線6種生成直線的方法，下面詳細(xì)介紹各方法。 1創(chuàng)建兩點(diǎn)連線 2指定點(diǎn)和方向 3與曲線成角度或法線 4創(chuàng)建曲線的切線 5創(chuàng)建曲面的法線 6創(chuàng)建角分線,4.4.3 創(chuàng)建參考面,【平面】工具是用于創(chuàng)建參考平面的工具，單擊該工具按鈕，系統(tǒng)彈出平面定義對(duì)話框，如圖4.169所示。在對(duì)話框中平面類型下拉列表框中提供了11中平面的生成方式，分別是：偏移平面、平行通過(guò)點(diǎn)、平面的角度/法線、通過(guò)三點(diǎn)、通過(guò)兩條直線、通過(guò)點(diǎn)和直線、通過(guò)平面曲線、曲線的法線、曲線的切線、方程式和平均通

16、過(guò)點(diǎn)。下面詳細(xì)介紹各方式的使用方法。 1創(chuàng)建偏移平面 2創(chuàng)建通過(guò)點(diǎn)與平面平行的平面 3創(chuàng)建與平面成一定角度的平面 4創(chuàng)建三點(diǎn)平面 5創(chuàng)建兩條直線平面 6創(chuàng)建點(diǎn)和直線平面 7創(chuàng)建曲線平面 8創(chuàng)建曲線的法平面 9創(chuàng)建曲線的切平面 10創(chuàng)建方程式平面 11創(chuàng)建中間平面,4.5 零件特征轉(zhuǎn)換,零件特征轉(zhuǎn)換是對(duì)已經(jīng)生成的零件特征進(jìn)行位置的變換和復(fù)制等輔助操作。特征轉(zhuǎn)換工具欄也是實(shí)體零件設(shè)計(jì)平臺(tái)中非常重要的輔助工具之一。該工具欄包括平移工具、鏡像工具、陣列工具和縮放工具。下面介紹各工具的用法。,4.5.1 平移,平移工具是對(duì)空間實(shí)體對(duì)象元素進(jìn)行移動(dòng)。單擊平移工具右下黑色三角，展開(kāi)平移工具欄。該工具欄包括平

17、移、旋轉(zhuǎn)、定位變換4個(gè)工具。下面詳細(xì)介紹各工具使用方法。 1、平移 2旋轉(zhuǎn) 3。對(duì)稱 4定位變換,4.5.2 鏡像,變換特征工具欄中的鏡像工具與變換特征對(duì)稱工具相似，區(qū)別在于操作對(duì)象后，原來(lái)的對(duì)象仍然保留。單擊該工具按鈕，選擇參考面，系統(tǒng)彈出鏡像定義對(duì)話框，系統(tǒng)自動(dòng)根據(jù)選擇的參考面鏡像復(fù)制實(shí)體對(duì)象。 下面以如圖所示圖形為例，講解【鏡像】工具的使用方法，具體操作步驟如下所示：,4.5.3 陣列,陣列工具是對(duì)實(shí)體對(duì)象進(jìn)行多個(gè)復(fù)制的工具。單擊矩形陣列黑色三角，展開(kāi)陣列工具欄，如圖所示，該工具欄包括矩形陣列、圓弧陣列和自定義陣列三種方式。 1矩形陣列 2圓形陣列 3自定義陣列,4.5.4 縮放,縮放工

18、具是對(duì)實(shí)體對(duì)象進(jìn)行放大和縮小操作。單擊該工具黑色三角，展開(kāi)比例（Scale）工具欄，如圖所示，該工具欄包括縮放、Affinity2個(gè)工具。 1縮放 2仿射（Affinity）,4.6 設(shè)置 3D 約束,在3D設(shè)計(jì)模塊中業(yè)可以進(jìn)行幾何元素約束。3D設(shè)計(jì)平臺(tái)中提供了在對(duì)話框中定義的約束和約束2個(gè)工具。通過(guò)【約束】工具欄上的【在對(duì)話框中定義的約束】工具按鈕，可以以對(duì)話框形式創(chuàng)建約束。單擊約束工具按鈕，該工具用于創(chuàng)建一般約束的工具，如長(zhǎng)度、角度、距離和半徑等。兩個(gè)工具的詳細(xì)用法與3.3.2小節(jié)和3.3.3兩小節(jié)中相應(yīng)的約束工具用法相同，這里不再累贅。,4.7 布爾運(yùn)算,前面幾節(jié)介紹的實(shí)例文件中只有一個(gè)

19、零件，Catia V5可以在同一個(gè)零件文件里由多個(gè)組件構(gòu)成一個(gè)零件。不同的組件之間可以進(jìn)行布爾運(yùn)算，同過(guò)這種方式可以生成特殊形狀的實(shí)體零件。在一個(gè)文件里存在兩個(gè)以上的組件，就可以進(jìn)行布爾運(yùn)算，對(duì)它們進(jìn)行交集、鏈集等運(yùn)算，將不同的組件組合成一個(gè)新的零件。在工具欄中可以找到布爾運(yùn)算工具欄，如圖4.241所示，該工具欄包括裝配、布爾運(yùn)算工具、聯(lián)合修剪、除去塊3個(gè)工具。,4.7.1 添加新幾何體,在零件設(shè)計(jì)平臺(tái)中，單擊【插入】工具欄上的【幾何體】工具按鈕，也可以使用菜單欄中的【插入】（Insert）|【幾何體】（Body）命令插入幾何體，系統(tǒng)將新的幾何體顯示在結(jié)構(gòu)樹(shù)中，它帶下劃線，表明它為活動(dòng)幾何體。

20、結(jié)構(gòu)樹(shù)中關(guān)聯(lián)幾何體圖像與表示零件幾何體的圖像不同，綠色齒輪中添加了一個(gè)藍(lán)色齒輪和一個(gè)表示幾何體極性的黃色加號(hào)或減號(hào)。這個(gè)圖形可以快速將幾何體同零件幾何體分開(kāi)。如果【插入】工具欄在當(dāng)前應(yīng)用程序中不可見(jiàn)，可以使用【視圖】（View）|工具欄（Toolbars）|【插入】（Insert）顯示該工具欄。,4.7.2 裝配組件,【裝配】工具，是將不同的組件組合成一個(gè)新的組件的工具。 下面以兩個(gè)組件進(jìn)行裝配為例，講解【裝配】工具的使用方法，具體操作步驟如下所示： （1）使用拉伸工具創(chuàng)建長(zhǎng)方體； （2）單擊【插入】工具欄上的【幾何體】工具按鈕，名稱為Body.2的幾何體添加到結(jié)構(gòu)樹(shù)中。 （3）使用凹槽工具創(chuàng)

21、建一個(gè)負(fù)實(shí)體圓柱，負(fù)實(shí)體是指在裝配中用于去除材料的實(shí)體圖形。 （4）單擊【布爾操作】工具欄上的【裝配】工具按鈕，系統(tǒng)彈出裝配對(duì)話框。 （5）單擊裝配文本框，在結(jié)構(gòu)樹(shù)中選擇Body.2作為裝配對(duì)象； （6）其它選項(xiàng)為默認(rèn)值，單擊“確定”按鈕，裝配完成，效果如圖4.249所示，Body.2幾何體與PartBody組合成一體。,4.7.3 邏輯運(yùn)算,利用【布爾運(yùn)算】工具欄可以進(jìn)行組件的邏輯運(yùn)算。該工具欄包括添加、除去、相交3個(gè)工具。單擊添加工具右下角黑色三角，展開(kāi)【布爾運(yùn)算】工具欄，如圖4.251所示。 【添加】工具，是用于進(jìn)行聯(lián)集操作的工具。將一個(gè)組件加入到另一個(gè)組件中，并取兩組件的聯(lián)集部分； 【除去】工具，是進(jìn)行差集操作的工具。用一個(gè)組件減去另一個(gè)組件，生成新的組件； 【交集】工具，是進(jìn)行交集操作的工具?？梢匀蓚€(gè)以上組件的交集部分。,4.7.4 聯(lián)集修剪,【聯(lián)集修剪】工具，是在兩個(gè)組件間同時(shí)進(jìn)行添加、除去和交集等操作工